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English提高電源模塊可靠性的應(yīng)用電路
電源模塊以高集成度、高可靠性、簡化設(shè)計等多重優(yōu)勢，受到許多工程師的青睞。但即便使用相同的電源模塊，不同的用法也會導(dǎo)致系統(tǒng)的可靠性大相徑庭。使用不當(dāng)，非但不能發(fā)揮模塊的優(yōu)勢，還可能降低系統(tǒng)可靠性。
相信各位電路設(shè)計者在閱讀DC-DC隔離電源模塊的數(shù)據(jù)手冊時，第一時間關(guān)注的往往是首頁的電源參數(shù)，如功率、輸入電壓、輸出電壓、效率、工作溫度、耐壓等級等……但其實在實際應(yīng)用中，數(shù)據(jù)手冊中的“電路設(shè)計與應(yīng)用”一節(jié)內(nèi)容同樣重要，它為用戶在實際外圍電路設(shè)計過程中提供了寶貴的參考電路經(jīng)驗。如果電源模塊的外圍電路設(shè)計使用不當(dāng)，非但不能發(fā)揮模塊的優(yōu)勢，還可能降低系統(tǒng)可靠性，本次我們就來談?wù)勔恍╇娫茨K外圍電路設(shè)計核心要點。
1．兩級浪涌防護(hù)電路，使用不當(dāng)適得其反
電源模塊體積小，在EMC要求比較高的場合，需要增加額外的浪涌防護(hù)電路，以提升系統(tǒng)EMC性能。如圖1所示，為提高輸入級的浪涌防護(hù)能力，在外圍增加了壓敏電阻和TVS管。但圖中的電路（a）、（b）原目的是想實現(xiàn)兩級防護(hù)，但可能適得其反。如果（a）中MOV2的壓敏電壓和通流能力比MOV1低，在強(qiáng)干擾場合，MOV2可能無法承受浪涌沖擊而提前損壞，導(dǎo)致整個系統(tǒng)癱瘓。同樣的，電路（b），由于TVS響應(yīng)速度比MOV快，往往是MOV未起作用，而TVS過早損壞。
圖1 兩級浪涌防護(hù)
增加一個電感，構(gòu)成兩級防護(hù)電路。如電路（c）、（d）所示，串入一個電感，將防護(hù)器件分隔成兩級，對高頻浪涌脈沖，電感具有較大的阻抗，因此首先起作用的是前端的壓敏電阻，而后端的壓敏和TVS能夠進(jìn)一步吸收殘壓保護(hù)模塊。另外，即使是單級防護(hù)，增加電感也能起到一定的作用，避免浪涌電壓直接加到模塊輸入端。
2．輸出濾波電容過大，導(dǎo)致模塊異常
電源模塊輸出端通常推薦增加一定的濾波電容，但在使用過程中，由于認(rèn)識不足等原因，使用了過大的輸出濾波電容，既增加了成本又降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
圖2 容性負(fù)載過大
如圖2中的電路（a）所示，一個3W的模塊，輸出使用了2000uF的電容，而通過查閱產(chǎn)品手冊了解到，模塊建議最大輸出電容為800uF。輸出電容過大可能導(dǎo)致啟動不良，而對于不帶短路保護(hù)的微功率DC-DC模塊，輸出電容過大甚至可能導(dǎo)致模塊永久損壞。
3．接開關(guān)電源芯片，注意啟動不良
如圖3所示，電源模塊的輸出電壓是逐漸建立的，電路（a）的LM2576沒有設(shè)計欠壓鎖定，在VIN電壓較低時即開始啟動，若OUT負(fù)載過重，可能被24V模塊誤判為短路或容性負(fù)載過大，從而導(dǎo)致啟動不良。
圖3 增加欠壓鎖定
因此推薦使用電路（b），外置簡單的欠壓鎖定，使24V模塊輸出電壓建立到預(yù)置值后再啟動LM2576等外接開關(guān)電源芯片，可以很大程度上避免啟動不良問題。
或者可以使用功率余量更大的電源模塊， ON/OFF引腳也可以連接到MCU進(jìn)行控制。
4．雙路模塊，注意負(fù)載平衡
對于雙路輸出模塊，兩路輸出對負(fù)載的要求不同，這類模塊通常只對其中一路進(jìn)行穩(wěn)壓反饋，另一路通過變壓器耦合達(dá)到所需的電壓。
當(dāng)穩(wěn)壓主路負(fù)載過重輔路過輕時，輔路電壓會飄高較多，此時輔路對電壓要求嚴(yán)格時，需增加三端穩(wěn)壓器。而當(dāng)非穩(wěn)壓輔路負(fù)載過重主路過輕時，可能出現(xiàn)輸出電壓不穩(wěn)定或者輔路電壓過低的情況，此時需給主路增加假負(fù)載。
5．鉭電容雖好，放在電源輸入輸出需謹(jǐn)慎
鉭二氧化錳電容比較容易擊穿短路，抗浪涌能力差，開機(jī)時或外部供電接入時，很可能形成較大的浪涌電流或電壓，造成鉭電容的燒毀短路或過壓擊穿，在未做嚴(yán)格評估的情況下，建議使用陶瓷電容或電解電容。
解決方案
Solution